60 61
1. Особенности формирования структуры при
различных видах термической обработки стали
Структура сплавов, в основном, определяется термической обра-
боткой, заключающейся в нагреве сплавов до различных температур
и охлаждении их с различными скоростями. При этом их свойства изме-
няются в широких пределах. Увел и чив ая скорость охлаждения, можно
так переохладить высокотемпературную фазу, что появляются новые ме-
тастабильные
фазы, которые не указаны на диаграмме фазового равно-
весия, как, например, при закалке.
Закалку стали мы рассматривали в предыдущей работе, однако за-
калка не является окончательной операцией, так как закаленная сталь
является чрезвычайно хрупкой и содержит значительные по величине
остаточные напряжения. Поэтому для их частичного или полного снятия
проводится термическая обработка, называемая
отпуском стали.
2. Отпуск стали
Процесс нагрева закаленной стали до температуры ниже Ас
1
с со-
ответствующей выдержкой и последующим охлаждением называется
отпуском. В результате отпуска сталь получает требуемые механичес-
кие свойства, снижаются внутренние напряжения. Получающийся при
закалке мартенсит неустойчив и начинает распадаться уже при комнат-
ной температуре. С повышением температуры отпуска этот процесс ус-
коряется. Температура и время выдержки оказывают значительное влия-
ние на
получаемые свойства. Различают три вида отпуска.
Низкотемпературный отпуск проводят с нагревом до 150...250 °С.
Из мартенсита выделяется углерод в виде карбида железа переменного
состава. Такой мартенсит называется мартенситом отпуска. Низкий от-
пуск повышает прочность и улучшает вязкость без снижения твердости,
поэтому низкотемпературному отпуску подвергают режущий и меритель-
ный инструмент, а также детали,
прошедшие поверхностную закалку или
цементацию. С повышением температуры процесс выделения углерода
из мартенсита ускоряется, и при температурах 350...400 °С весь избы-
точный углерод выделяется из мартенсита в виде цементита Fe
3
С, а мар-
тенсит превращается в феррит. Таким образом, образуется механическая
смесь феррита и цементита. Дисперсность этой смеси зависит от темпе-
ратуры отпуска, так как с повышением температуры отпуска начинается
коагуляция (укрупнение) карбидов. Структура стали после среднего от-
пуска (300...500 °С) называется трооститом отпуска. Среднему отпуску
подвергают детали, от которых требуются высокие упругие
свойства (рес-
соры, пружины).
Структура после высокого отпуска (500...650 °С) называется сор-
битом отпуска. Таким образом, троостит, сорбит и перлит – это феррит-
но-цементитные механические смеси, отличающиеся друг от друга лишь
дисперсностью карбидных частиц, а следовательно, и механическими
свойствами. Высокий отпуск полностью снимает внутренние напряже-
ния и значительно повышает ударную вязкость. Прочность и
твердость
при этом снижаются, но остаются значительно более высокими, чем после
отжига, поэтому высокий отпуск создает наилучшее соотношение проч-
ности и вязкости стали. Закалка с высоким отпуском по сравнению с отжи-
гом повышает также пределы прочности и текучести, относительные
удлинение и сужение (пластичность) и ударную вязкость. Объясняется
это тем, что структуры, получающиеся
при распаде аустенита в процес-
се его охлаждения, имеют пластинчатое строение, а структуры, образу-
ющиеся при распаде мартенсита и аустенита, при нагреве имеют зерни-
стое строение. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого
отпуска, называется по этим причинам улучшением. Улучшению под-
вергаются ответственные детали, испытывающие статические, ударные
и знакопеременные нагрузки.
Практическая часть
раздела выполняется следующим образом:
1. Студенты делятся на группы по 4–6 человек. Каждая подгруппа
получает по одному образцу из конструкционной стали.
2. Выданные образцы подвергаются закалке. Закалка должна про-
водиться быстро и четко, чтобы образец не успел охладиться и темпера-
тура закалки соответствовала температуре его нагрева. Образцы, опу-
щенные с помощью щипцов в
воду, перемещают в ней (не извлекая из
воды!) для разрушения образующейся паровой рубашки.
3. Закаленные образцы испытывают на твердость, после чего их
помещают в печь и подвергают отпуску при температуре 200, 400
и 600
о
С.
4. После отпуска образцы подвергаются испытаниям на твердость
на приборе Роквелла. Данные испытаний заносятся в таблицу, на осно-
вании которых строится график изменения твердости от температуры
отпуска.
